全面解析纯水处理工艺及处理原理

来源：中国水网

什么纯水处理?

纯水是指纯净水一般以城市自来水为水源，通过多层过滤，可将微生物等有害物质去除，但同时也去除了氟、钾、钙、镁等人体所需的矿物质。

随着现代科技与现代工业的迅速发展，而且环境治理的相对滞后，目前我国水质污染形势严峻。由于工业废水、生活废水无节制的排放及农业污染，现在的地表水不仅含有泥砂、动植物腐朽物。还有大量漂白水、农药、重金属、石灰质、铁质等等危害人体健康的物质，这些污染物在人体内长期蓄积对人体健康危害极大，可致癌、致突变、致畸变，这是看不峥的杀手。而传统的自来水生产工艺不但无法去除其中中的有机化合物、如果自来水生产中加氯，反而会生成三氯甲烷等新的更为强烈的有机污染，致使自来水的致突变性比天然水更为强烈，再则自来水出厂后需经漫长的输水管路系统，特别是高层住宅楼顶水箱，存在着较为严重的“二次污染”。这样式的水，当然不能生喝，即使煮沸，也只能杀菌而不能去除有害化学物质。进而，喝纯净水，不但能为健康除害，而且还有益于健康长寿。因为水越纯，作为载体的功能越能发挥，溶解体内各种代谢物质的能力越强，越容易被人体吸收利，有利于生津止渴，解除疲劳。因此，为维护健康，提高人们的健康水平，发展纯水事业，生产优质饮用水纯水处理是将自来水经过二次的净化，把自来水中的氯化物、细菌等有害物质进一步地过滤，达到灭菌、消毒的效果。

纯水处理的方法

1、薄膜微孔过滤(MF)纯水处理

薄膜微孔过滤法包括三种形式：深层过滤、筛网过滤、表面过滤。深层过滤是以编织纤维或压缩材料制成的基质，利用隋性吸附或是捕捉方式来留住颗粒，如常用的多介质过滤或砂滤;深层过滤是一种较为经济的方式，可去除98%以上的悬浮固体，同时保护下游的纯化单元不会被堵塞，因此通常做为预处理。

表面过滤则是多层结构，当溶液通过滤膜时，较滤膜内部孔隙大的颗粒将被留下来，并主要堆积在滤膜表面上，如常用的PP纤维过滤。表面过滤可去除99.9%以上的悬浮固体，所以也可作为预处理或澄清用。

筛网滤膜基本上是具有一致性的结构，就象筛子一般，将大于孔径的颗粒，都留在表面上(这种滤膜的孔量度是非常精准的)，如超纯水机终端使用的用点保安过滤器;筛网过滤微孔过滤一般被置于纯化系统中的最终使用点，以去除最后的残留微量树脂片、碳屑、胶体和微生物。

2、活性炭吸附纯水处理

活性炭吸附是利用活性炭的多孔性质，使水中一种或多种有害物质被吸附在固体表面而去除的方法。活性炭吸附对于去除水中有机物、胶体、微生物、余氯、嗅味等具有良好的效果。同时由于活性炭具有一定的还原作用，因此对于水中的氧化剂也具有良好的去除作用。

由于活性炭的吸附功能具有一饱和值，当达到饱和吸附容量时，活性炭滤池的吸附功能将大大降低，因此需要注意分析活性炭的吸附能力，及时更换活性炭或通过高压蒸汽进行消毒恢复。但同时活性炭表面吸附的有机物有可能成为细菌繁殖的营养源或温床，因此活性炭滤池内微生物的繁殖问题也值得引起注意。定期的消毒对于控制细菌繁殖是有必要的。值得注意的是，在使用活性炭的初期(或新更换过活性炭运行初期)，少量的极细微的粉末活性炭有可能随水流进入到反渗透系统，而造成反渗透膜流道的污堵，引起操作压力升高、产水量下降和系统的压降上升，而且这种破坏作用很难用常规的清洗方法恢复。所以必须将活性炭冲洗干净，去除细小粉末后才能将过滤水送至后续RO系统。活性炭的作用很大，但是使用中也要注意消毒以及新活性炭一定要冲洗干净。

3、反渗透(RO)纯水处理

反渗透是指在浓溶液侧施加一个大于渗透压的压力时，浓溶液中的溶剂会向稀溶液流动，此种溶剂的流动方向与原来渗透的方向相反，这一过程称为反渗透;这种原理被用于液体分离领域，用于提纯、除杂，处理液体物质。

反渗透膜工作原理：对透过物质具有选择性的薄膜称为半透膜，一般将只能透过溶剂而不能透过溶质的薄膜称之为理想半透膜。当把相同体积的稀溶液(例如淡水)和浓溶液(例如盐水)分别置于半透膜的两侧时，稀溶液中的溶剂将自然穿过半透膜而自发地向浓溶液一侧流动，这一现象称为渗透。当渗透达到平衡时，浓溶液一侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度，即形成一个压差，此压差即为渗透压。反渗透是渗透的一种反向迁移运动，是一种在压力驱动下借助于半透膜的选择截留作用将溶剂中的溶质与溶剂分开的分离方法，它已广泛应用于各种溶液的提纯与浓缩，其中最普通的应用实例便是在水处理工艺中，用反渗透技术将原水中的无机离子、细菌、病毒、有机物及胶体等杂质去除，以获得高质量的纯水。

4、离子交换(IX)纯水处理

离子交换纯水设备是通过阴、阳离子交换树脂对水中的各种阴、阳离子进行置换的一种传统水处理工艺，阴、阳离子交换树脂按不同比例进行搭配可组成离子交换阳床系统，离子交换阴床系统及离子交换混床(复床)系统，而混床(复床)系统又通常是用在反渗透渗出等水处理工艺之后用来制取超纯水，高纯水的终端工艺，他是目前用来制备超纯水、高纯水不可替换的手段之一。其出水电导率可低于1uS/cm以下，出水电阻率达到1MΩ.cm以上，根据不同的水质及使用要求，出水电阻率可控制在1~18MΩ.cm之间。被广泛应用在电子、电力超纯水，化工，电镀超纯水，锅炉补给水及医药用超纯水等产业超纯水，高纯水的制备上。

原水中含有的盐类如Ca(HCO3)2、MgSO4等钙镁钠盐类，在流经交换树脂层时，阳离子Ca2+、Mg2+等被阳树脂的活性基团置换，阴离子HCO3-、SO42-等被阴树脂的活性基团置换，从而水就得到超纯化。如原水中的重碳酸盐含量较高，应在阴、阳离子交换柱中间设脱气塔，除去CO2气体，减轻阴床的负荷。

5、紫外线(UV)超纯水处理

细胞繁殖的主要过程是：DNA的长链打开，打开后每条长链长的腺嘌呤单元寻找胸腺嘧啶单元连合，每条长链都可以复制出与刚分离的另一条长链同样的链条，恢复原来分裂前的完整DNA，成为新的细胞基础。而波长在240-280nm的紫外线能打破DNA生产蛋白质及复制的能力，其中波长为265nm的紫外线对细菌病毒的杀伤能力最强。细菌病毒的DNA，RNA受破坏后其生产蛋白质的能力和繁殖能力均已丧失。因细菌、病毒一般生命周期很短，不能繁殖的细菌、病毒就会迅速死亡。紫外线就是以阻止自来水的的微生物存活以至于达到杀菌、消毒的处理效果。

目前能够输出足够的紫外线强度(UVC)强度用于工程消毒的只有人工汞(合金)灯光源。紫外线杀菌灯灯管是由石英玻璃制成，汞灯根据点亮后的灯管内汞蒸气压的不同和紫外线输出强度的不同，分为三种：低压低强度汞灯、中压高强度汞灯和低压高强度汞灯。

杀菌效果是由微生物所接受的照射剂量决定的，同时，也受到紫外线的输出能量，与灯的类型，光强和使用时间有关，随着灯的老化，它将丧失30%-50%的强度。

紫外照射剂量是指达到一定的细菌灭活率时，需要特定波长紫外线的量：照射剂量(J/m2)=照射时间(s)×UVC强度(W/m2)照射剂量越大，消毒效率越高，由于设备尺寸要求，一般照射时间只有几秒，因此，灯管的UVC输出强度就成了衡量紫外光消毒设备性能最主要的参数。

6、超过滤(UF)纯水处理

超滤技术是一种广泛用于水的净化，溶液分离、浓缩，以及从废水中提取有用物质，废水净化再利用领域的高新技术。特点是使用过程简单，不需加热，能源节约，低压运行，装置占地面积小。

超过滤(UF)纯水处理原理：超过滤是一种以筛分为分离原理，以压力为推动力的膜分离过程，过滤精度在0.005-0.01μm范围内，可有效去除水中的微粒、胶体、细菌垫层及高分子有机物质。可广泛应用于物质的分离、浓缩、提纯。超滤过程无相转化，常温操作，对热敏性物质的分离尤为适宜，并具有良好的耐温、耐酸碱和耐氧化性能，能在60℃以下，pH为2-11的条件下长期连续使用。

中空纤维超滤膜是超滤技术中最为成熟与先进的一种形式。中空纤维外径0.5-2.0mm，内径0.3-1.4mm，中空纤维管壁上布满微孔，孔径以能截留物质的分子量表达，截留分子量可达几千至几十万。原水在中空纤维外侧或内腔加压流动，分别构成外压式与内压式。超滤是动态过滤过程，被截留物质可随浓缩小排除，不致堵塞膜表面，可长期连续运行。

7、EDI纯水处理

EDI超纯水处理设备的工作原理：电去离子(EDI)系统主要是在直流电场的作用下，通过隔板的水中电介质离子发生定向移动，利用交换膜对离子的选择透过作用来对水质进行提纯的一种科学的水处理技术。电渗析器的一对电极之间，通常由阴膜，阳膜和隔板(甲、乙)多组交替排列，构成浓室和淡室(即阳离子可透过阳膜，阴离子可透过阴膜)。淡室水中阳离子向负极迁移透过阳膜，被浓室中的阴膜截留;水中阴离子向正极方向迁移阴膜，被浓室中的阳膜截留，这样通过淡室的水中离子数逐渐减少，成为淡水，而浓室的水中，由于浓室的阴阳离子不断涌进，电介质离子浓度不断升高，而成为浓水,从而达到淡化，提纯，浓缩或精制的目的。

EDI超纯水处理设备的优点：

（1）无需酸碱再生：在混床中树脂需要用化学药品酸碱再生，而EDI则消除了这些有害物质的处理和繁重的工作。保护了环境。

（2）连续、简单的操作：在混床中由于每次再生和水质量的变化，使操作过程变得复杂，而EDI的产水过程是稳定的连续的，产水水质是恒定的，没有复杂的操作程序，操作大大简便化。

（3）降低了安装的要求：EDI系统与相当处理水量的混床相比，有较不的体积，它采用积木式结构，可依据场地的高度和窨灵活地构造。模块化的设计，使EDI在生产工作时能方便维护。

8、臭氧灭菌超纯水处理

臭氧(O3)的消毒原理是：臭氧在常温、常压下分子结构不稳定，很快自行分解成氧气(O2)和单个氧原子(O);后者具有很强的活性，对细菌有极强的氧化作用，将其杀死，多余的氧原子则会自行重新结合成为普通氧原子(O2)，不存在任何有毒残留物，故称无污染消毒剂，它不但对各种细菌(包括肝炎病毒，大肠杆菌，绿浓杆菌及杂菌等)有极强的杀灭能力，而且对杀死霉素也很有效。

（1）臭氧的灭菌机制及过程类属于生物化学过程，氧化分解了细菌内部氧化葡萄糖所必须的葡萄糖氧化酶。

（2）直接与细菌、病毒发生作用，破坏其细胞器和核糖核酸，分解DNA、RNA，蛋白质、脂质类和多糖等大分子聚合物，使细菌的物质代谢生产和繁殖过程到破坏。

（3）渗透胞膜组织，侵入细胞膜内作用于外膜脂蛋白和内部的脂多糖，使细胞发生通透畸变，导致细胞溶解死亡。并且将死亡菌体内遗传基因、寄生菌种、寄生病毒粒子、噬菌体、枝原体及热原(细菌病毒代谢产物、内毒素)等溶解变性灭亡。